TWI778884B - 同平面感測器 - Google Patents

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Abstract

一種同平面感測器，包含多條第一、二感測單元。每一第一感測單元包括多個沿第一方向排列的第一電極塊，及電連接所述第一電極塊的第一連接線。每一第二感測單元包括多個沿該第二方向間隔排列的第二電極塊，及電連接所述第二電極塊且與所述第一連接線間隔不導通的第二連接線，定義一與該第一、二方向相交的第三方向，每一第二連接線與所述第一連接線在該第三方向間隔，該等第一、二電極塊分布位於同一平面。利用該等第一、二電極塊同平面的設計，縮短兩者之間的距離，且感測訊號不受基板厚度影響，有效提高感測精確程度。

Description

同平面感測器
本發明是有關於一種感測器，特別是指一種同平面感測器。
參閱圖1至圖2，一種已知的觸控感測器，包括一基板91、多條形成於該基板91的頂面且沿直向方向延伸並沿橫向方向排列的第一感測單元92，及多條形成於該基板91底面且沿橫向方向延伸並沿直向方向排列的第二感測單元93。
每一第一感測單元92具有多個沿該直向方向間隔排列的第一電極921，及多個連接於相鄰的二個第一電極921之間的第一連接線922。每一第二感測單元93具有多個沿該橫向方向間隔排列的第二電極931，及多個連接於相鄰的二個第二電極931之間的第二連接線932。每一第二連接線932的投影與所述第一連接線922交錯，並利用該基板91上下間隔，使得每一第二連接線932與對應的所述第一連接線922的交錯處，及其周圍的第一電極921與第二電極931，共同形成一感測畫素(見圖1的假想線區域90)，用於感測生物體靠近或接觸時的電容變化，並能於後續利用一處理器，轉換為一對應生物特徵的影像資料。
然而，目前每一第一電極921與相鄰之第二電極931之間的間距T1，除了需考量兩者間的投影距離T2之外，還需考量基板91的厚度T3，造成間距T1太大。而兩電極之間的電容又與間距T1呈反比，造成目前觸控感測器的感測電容變化不明顯，導致難以對應轉換而得到生物特徵的細部資訊，例如：指紋的波峰與波谷的型態，解析度難以提升。因此，目前的觸控感應器，還有待開發與改良。
因此，本發明之目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的同平面感測器。
於是，本發明同平面感測器，包含多條第一感測單元，及多條第二感測單元。
每一第一感測單元包括多個沿一第一方向間隔排列的第一電極塊，及一電連接所述第一電極塊的第一連接線。該等第一感測單元沿一相交於該第一方向的第二方向間隔排列。
每一第二感測單元包括多個沿該第二方向間隔排列的第二電極塊，及一電連接所述第二電極塊且與所述第一連接線間隔不導通的第二連接線。該等第二感測單元沿該第一方向間隔排列，定義一與該第一方向及該第二方向相交的第三方向。每一第二連接線與所述第一連接線在該第三方向上間隔。該等第一電極塊與該等第二電極塊分布位於同一平面。
本發明之功效在於：利用該等第一電極塊與該等第二電極塊位於同一平面的設計，使得感測訊號不會受到基板厚度的影響，有效提高感測精確程度。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖3至圖5，本發明同平面感測器之一第一實施例，包含一基板1，及設置於該基板1上方的多條第一感測單元2及多條第二感測單元3。
參閱圖4至圖6，該基板1以聚醯亞胺(Polyimide，簡稱「PI」)為主要材質製成，並能在該基板1上以半導體製程形成該等第一感測單元2與該等第二感測單元3。
每一第一感測單元2包括一設置於該基板1上且沿一第一方向X1延伸的第一連接線21、多個分別直接設置於該第一連接線21頂面且沿該第一方向X1間隔排列的第一導接塊22，及多個分別直接設置於該等第一導接塊22頂面而沿該第一方向X1間隔排列的第一電極塊23，使得該第一連接線21電連接所述第一電極塊23。每一第一電極塊23是呈正方形的菱形，但實施時不以此為限，並具有一第一感測面231。該第一連接線21位於所述第一電極塊23之反向於所述第一感測面231的一側。
該等第一感測單元2沿一正交於該第一方向X1的第二方向X2間隔排列，且在每一第一感測單元2中，該第一連接線21、所述第一導接塊22，及所述第一電極塊23沿一第三方向X3依序疊置。該第三方向X3正交於該第一方向X1，也正交於該第二方向X2。
此外，該第一連接線21具有一在該第二方向X2上的第一連接線寬度W1。每一第一導接塊22在該第三方向X3的橫剖面呈矩形，並具有一在該第二方向X2上且大於該第一連接線寬度W1的第一導接塊長度L1，使得該第一導接塊22的底面橫跨過該第一連接線21，且部分位於該第一連接線21之外。於本實施例的其他變化態樣中，該第一導接塊長度L1也能等於該第一連接線寬度W1。
參閱圖4、圖5、圖7。該等第二感測單元3沿該第一方向X1間隔排列。每一第二感測單元3包括設置於該基板1上方的多個沿該第二方向X2間隔排列的第二電極塊31，及一具有多個連接段322的第二連接線32。每一連接段322沿該第二方向X2延伸，並具有一第三感測面321。每一連接段322同體連接於相鄰的所述第二電極塊31之間，並與對應的所述第一連接線21間隔交錯而電不導通。此處所述的「間隔交錯」指的是：在該第三方向X3上，每一第二連接線32與對應的所述第一連接線21間隔，且二者的投影彼此交錯。每一第二電極塊31是呈正方形的菱形，但實施時不以此為限，並具有一與所述第一感測面231同向的第二感測面311。該等第一感測面231、該等第二感測面311，及該等第三感測面321分布位於同一個平面。
參閱圖8至圖10，製作該同平面感測器時，先在該基板1上形成一第一絕緣層41，再利用黃光微影技術與蝕刻技術，移除該第一絕緣層41的部分區域，而形成多條上下貫穿該第一絕緣層41的第一穿槽42。然後，在所述第一穿槽42中填滿導電材料(例如：金屬)，而形成所述第一連接線21。
接下來，於該第一絕緣層41與該等第一連接線21的頂面形成一第二絕緣層43，再利用黃光微影技術與蝕刻技術，移除該第二絕緣層43的部分區域，而形成多條上下貫穿該第二絕緣層43並供所述第一連接線21的部分區域裸露的第二穿槽44。接著，於所述第二穿槽44中填滿導電材料(例如：金屬)，而形成所述第一導接塊22。
最後，於該第二絕緣層43與該等第一導接塊22的頂面形成一第三絕緣層45，再利用黃光微影技術與蝕刻技術，移除該第三絕緣層45的部分區域，而形成多個上下貫穿該第三絕緣層45的第三穿槽46，所述第三穿槽46的其中數個供所述第一導接塊22的部分區域裸露。接著，在所述第三穿槽46中填滿導電材料(例如：金屬)，而形成所述第一電極塊23、所述第二電極塊31，及所述連接段322，完成該同平面感測器的製作。
參閱圖4與圖9，由於每一第一導接塊長度L1大於對應的所述第一連接線寬度W1，可以擴大黃光微影時的對準誤差容許範圍，使所述第一導接塊22易於連接於所述第一電極塊23與所述第一連接線21之間，提升製造該同平面感測器的良率及可靠度。
使用該同平面感測器通電進行指紋或掌紋感測時，每一第一感測單元2與其中一個第二感測單元3的交會處及其周圍區域界定為一感測畫素A，在指紋或掌紋接近或接觸所述該感測畫素A中的所述第一感測面231、所述第二感測面311及該第三感測面321時，利用感應出感測畫素A的電流變化量，換算出電容變化。該感測畫素A主要包括相並聯之相鄰的第一電極塊23與第二電極塊31之間形成的數個第一感測電容C1，及間隔交錯的第一連接線21與第二連接線32之間形成的第二感測電容C2。由於從電容的公式可以得知，電容值與兩電極之間的距離成反比，且由於所述第一電極塊23與第二電極塊31分布於同一平面，故與先前技術的感測電容相比之下，所述第一感測電容C1不會受到基板1厚度的影響，且有效縮短第一電極塊23與第二電極塊31之間的距離，進而能更精確地感測出指紋或掌紋所產生的電容變化。
另一方面，在手指接觸或接近該感測畫素A時，手指吸附並帶離部分電荷，會產生電壓的改變，故該同平面感測器也能利用帶電平行金屬板之間電壓與電場強度的關係式，計算出該感測畫素A的電場變化量，再經由處理器換算成對應指紋的影像資料。而相對於電流變化量所換算出的電容變化容易受到噪訊干擾，量測電壓或電場變化的方式，能降低量測時的雜訊，進而提升解析度。
較佳地，在每一第一感測單元2中，相鄰第一電極塊23的中心之間的第一距離D1範圍為40 μm~200 μm，且在每一第二感測單元3中，兩相鄰第二電極塊31的中心之間的第二距離D2範圍為40 μm~200 μm。利用上述尺寸設計，使每一感測畫素A的尺寸範圍為40 μm~200μ m，能精確感測出使用者指紋的波峰與波谷，進而能在後續利用圖未示出的處理器，轉換為具有詳細指紋紋路的影像資料。
如圖11至圖13，為本發明同平面感測器的一第二實施例。該第二實施例與該第一實施例相似，其不同處在於：所述第一感測單元1的設置位置、第二感測單元3的第二連接線32，及所述第二感測單元3還包括多個第二導接塊33。以下詳細說明差異處。
該第一感測單元1間隔地位於該基板1上方。在每一第二感測單元3中，該第二連接線32沿該第二方向X2連續延伸，並直接形成於該基板1的頂面。每一第二導接塊33直接連接於該第二連接線32與各自的第二電極塊31之間，使得該第二連接線32、所述第二導接塊33，及所述第二電極塊31沿該第三方向X3依序疊置，且所述第二連接線32電連接於所述第二電極塊31。
參閱圖13至圖15，進一步地，每一第二導接塊33在該第三方向X3上的第二高度H2大於每一第一導接塊22在該第三方向X3上的第一高度H1，使得每一第二連接線32與對應的所述第二電極塊31的第二間距S2大於每一第一連接線21與對應的所述第一電極塊23的第一間距S1。此外，每一第二導接塊33在該第三方向X3的橫剖面呈矩形，並具有一在該第一方向X1上的第二導接塊長度L2，所述第二連接線32具有一在該第一方向X1上的第二連接線寬度W2，該第二導接塊長度L2長度大於該二連接線寬度W2，且該第二導接塊33的底面橫跨過該第二連接線32，而使其部分底面位於該第二連接線32之外。於本實施例的其他變化態樣中，該第二導接塊長度L2也能等於該第二連接線寬度W2。
在該第二實施例中，該等第一電極塊23的第一感測面231與該等第二電極塊31的第二感測面311位於同一平面，同樣能提升該感測畫素A的精確程度。
綜上所述，利用該等第一感測塊23與該等第二感測塊31分布於同一平面的設計，使得相鄰的第一電極塊23與第二電極塊31之間的距離不需再額外考量基板1的厚度，有效縮短第一電極塊23與第二電極塊31之間的距離，進而大幅提升感測畫素的感測精確度，且能進一步降低噪訊比，提高該同平面感測器的解析度。進一步地，利用該等第一電極塊23間的第一距離D1與該等第二電極塊31間的第二距離D2範圍限制在40 μm~200 μm，能有效感測出指紋的紋路，進而使得該同平面感測器能應用於高安全性規格需求的感測裝置。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:基板
2:第一感測單元
21:第一連接線
22:第一導接塊
23:第一電極塊
231:第一感測面
3:第二感測單元
31:第二電極塊
311:第二感測面
32:第二連接線
321:第三感測面
322:連接段
33:第二導接塊
41:第一絕緣層
42:第一穿槽
43:第二絕緣層
44:第二穿槽
45:第三絕緣層
46:第三穿槽
A:感測畫素
D1:第一距離
D2:第二距離
H1:第一高度
H2:第二高度
L1:第一導接塊長度
L2:第二導接塊長度
S1:第一間距
S2:第二間距
W1:第一連接線寬度
W2:第二連接線寬度
X1:第一方向
X2:第二方向
X3:第三方向
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一俯視圖，說明習知一觸控感測器； 圖2是一剖視圖，說明該觸控感測器； 圖3是一立體圖，說明本發明同平面感測器的一第一實施例； 圖4是一俯視圖，說明該第一實施例； 圖5是一立體分解圖，說明該第一實施例； 圖6是沿著圖4中的Ⅵ-Ⅵ線所截取的一剖視圖； 圖7是沿著圖4中的Ⅶ-Ⅶ線所截取的一剖視圖； 圖8~圖10是該第一實施例的製作流程示意圖； 圖11是一立體圖，說明本發明同平面感測器的一第二實施例； 圖12是一俯視圖，說明該第二實施例； 圖13是一立體分解圖，說明該第二實施例； 圖14是沿著圖12中的14-14線所截取的一剖視圖；及 圖15是沿著圖12中的15-15線所截取的一剖視圖。
1:基板
2:第一感測單元
23:第一電極塊
231:第一感測面
3:第二感測單元
31:第二電極塊
311:第二感測面
32:第二連接線
321:第三感測面
322:連接段
X1:第一方向
X2:第二方向
X3:第三方向

Claims (7)

  1. 一種同平面感測器，包含：多條第一感測單元，每一第一感測單元包括多個沿一第一方向間隔排列的第一電極塊，及一電連接所述第一電極塊的第一連接線，該等第一感測單元沿一相交於該第一方向的第二方向間隔排列；及多條第二感測單元，每一第二感測單元包括多個沿該第二方向間隔排列的第二電極塊，及一電連接所述第二電極塊且與所述第一連接線間隔不導通的第二連接線，該等第二感測單元沿該第一方向間隔排列，定義一與該第一方向及該第二方向相交的第三方向，每一第二連接線與所述第一連接線在該第三方向上間隔，該等第一電極塊與該等第二電極塊分布位於同一平面，其中，每一第一電極塊具有一第一感測面，每一第二電極塊具有一第二感測面，所述第一感測面與所述第二感測面位於同一平面，其中，在每一第一感測單元中，該第一連接線沿該第一方向延伸，且位於所述第一電極塊之反向於所述第一感測面的一側，每一第一感測單元還包括多個第一導接塊，每一第一導接塊電連接於各自的第一電極塊與該第一連接線之間，且該第一連接線、所述第一導接塊，及所述第一電極塊沿該第三方向依序疊置。
  2. 如請求項1所述的同平面感測器，其中，每一第二感測單元的該第二連接線包括多個連接段，每一連接段沿該第 二方向延伸，並同體連接於相鄰的所述第二電極塊之間，每一連接段具有一與所述第一感測面及所述第二感測面位於同一平面的第三感測面。
  3. 如請求項1所述的同平面感測器，其中，在每一第一感測單元中，每一第一導接塊在該第三方向的橫剖面呈矩形，並具有一在該第二方向上的第一導接塊長度，該第一連接線具有一在該第二方向上的第一連接線寬度，該第一導接塊長度不小於該第一連接塊寬度。
  4. 如請求項1所述的同平面感測器，其中，在每一第二感測單元中，該第二連接線沿該第二方向延伸，且位於所述第二電極塊之反向於所述第二感測面的一側，每一第二感測單元還包括多個第二導接塊，每一第二導接塊電連接於各自的第二電極塊與該第二連接線之間，該第二連接線、所述第二導接塊，及所述第二電極塊沿該第三方向依序疊置。
  5. 如請求項4所述的同平面感測器，其中，在每一第二感測單元中，每一第二導接塊在該第三方向的橫剖面呈矩形，並具有一在該第一方向上的第二導接塊長度，該第二連接線具有一在該第一方向上的第二連接線寬度，該第二導接塊長度不小於該第二連接線寬度。
  6. 如請求項1所述的同平面感測器，其中，在每一第一感測單元中，相鄰的第一電極塊的中心間距範圍為40μm~200μm，在每一第二感測單元中，相鄰的第二電極塊的中心間距範圍為40μm~200μm。
  7. 如請求項1所述的同平面感測器，還包含一供該等第一感測單元與該等第二感測單元設置於其上的基板。
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